即使近十年來(lái)以電力取代氣壓動(dòng)力源驅(qū)控線性傳動(dòng)系統(tǒng)已漸成主流，包括國(guó)內(nèi)外氣壓傳動(dòng)元件大廠也早已導(dǎo)入「閥島」架構(gòu)設(shè)計(jì)，藉以整合氣、電力傳控元件。如今更隨著工業(yè)4.0、數(shù)位轉(zhuǎn)型等潮流推波助瀾下，也不落於電力傳動(dòng)系統(tǒng)之後，陸續(xù)投入開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟體App、人工智慧（AI）加值，為市場(chǎng)上各式各樣氣/電力線性傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能增效。

因應(yīng)2011年工業(yè)4.0概念問(wèn)世以來(lái)，雖然若依照氣壓傳動(dòng)元件從前後、上下施壓的作動(dòng)原理看來(lái)，似乎更符合自動(dòng)化工廠常見(jiàn)的線性軌跡，但國(guó)內(nèi)外氣壓傳動(dòng)元件/系統(tǒng)業(yè)者仍面對(duì)OEM設(shè)備製造廠商、終端使用者，對(duì)於電動(dòng)化線性傳動(dòng)系統(tǒng)理應(yīng)動(dòng)作更為精準(zhǔn)、配置簡(jiǎn)便的期待步步進(jìn)逼正達(dá)到高峰。勢(shì)必要加速朝向輕量化、節(jié)能增效及高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)等自動(dòng)生產(chǎn)方向整合，從傳統(tǒng)人員操作到搭配各式機(jī)器人，全面升級(jí)氣動(dòng)化產(chǎn)線為智慧自動(dòng)化已是必然方向！

氣立機(jī)械式無(wú)桿缸　打入半導(dǎo)體供應(yīng)鏈

圖1 : 氣立公司生產(chǎn)的PR系列機(jī)械式無(wú)桿缸，既節(jié)省空間也讓移動(dòng)更為穩(wěn)定、易用，現(xiàn)已被導(dǎo)入半導(dǎo)體、光電產(chǎn)業(yè)的製程自動(dòng)化設(shè)備，甚至通過(guò)大廠認(rèn)證。（攝影：陳念舜）.

上市氣動(dòng)元件大廠臺(tái)灣氣立除了主要生產(chǎn)氣壓調(diào)理組合、閥類(lèi)，以及多樣氣壓缸、驅(qū)動(dòng)與接頭組件等氣動(dòng)元件，近年來(lái)也看好工業(yè)4.0智慧工廠會(huì)是市場(chǎng)主流，而陸續(xù)推出無(wú)桿缸、機(jī)械夾爪及真空元件等主力產(chǎn)品，現(xiàn)已打入臺(tái)灣半導(dǎo)體大廠供應(yīng)鏈，應(yīng)用在晶圓中後段設(shè)備、美系及韓系等智慧型手機(jī)大陸供應(yīng)鏈，搶攻智慧製造商機(jī)。

其中該公司生產(chǎn)的PR系列機(jī)械式無(wú)桿缸，既節(jié)省空間也讓移動(dòng)更為穩(wěn)定、易用，現(xiàn)已應(yīng)用於半導(dǎo)體製程生產(chǎn)作業(yè)、檢測(cè)作業(yè)、光電產(chǎn)業(yè)中的自動(dòng)化搬運(yùn)作業(yè)等自動(dòng)化設(shè)備中，甚至通過(guò)大廠認(rèn)證導(dǎo)入製程。

甫榮獲2021年臺(tái)灣精品獎(jiǎng)的PRE系列機(jī)械接合式無(wú)桿氣缸，採(cǎi)取無(wú)軸心設(shè)計(jì)，需求的作動(dòng)範(fàn)圍會(huì)比一般氣缸更小，可避免長(zhǎng)行程軸心伸出產(chǎn)生偏擺，而造成其他零件的損壞；以及搭配PU材質(zhì)內(nèi)鋼帶包覆不鏽鋼鋼索，強(qiáng)化縱向拉扯強(qiáng)度。除了使用壽命更久之外，還因?yàn)镻U材質(zhì)氣密度佳，可改善微量漏氣的現(xiàn)象，適用無(wú)塵及氣流影響限制較高的作業(yè)環(huán)境；加上氣壓推力效率提升，減少空氣消耗量而兼具節(jié)能效果。

加上該產(chǎn)品扁平的特殊外型，也是得自關(guān)鍵技術(shù)取決於橢圓形鋁擠本體的特殊結(jié)構(gòu)，相較於一般方形或圓形鋁擠型氣缸，其本體鋁擠成型及加工難度高，可實(shí)現(xiàn)作動(dòng)更穩(wěn)定，並提升氣缸整體的剛性、作動(dòng)精度及穩(wěn)定性。

因此PRE系列機(jī)械接合式無(wú)桿氣缸在氣源安裝上可以配合客戶(hù)所需，將接頭安裝在氣缸的兩側(cè)或同側(cè)之上。於氣缸兩端設(shè)置緩衝裝置，可依不同需求選用油壓或氣壓方式搭配使用，減少所受到的衝擊力，並增加使用上的壽命；氣缸內(nèi)含感應(yīng)磁石，可在自動(dòng)化場(chǎng)合中搭配磁性感應(yīng)器使用，較容易掌控氣缸的作動(dòng)狀態(tài)。

等到未來(lái)AI應(yīng)用成熟，氣立還能通過(guò)CC- Link、IO- Link輸出資訊管理，以隨時(shí)檢修設(shè)備、元件預(yù)防洩?dú)猓换蚬〢I學(xué)習(xí)、分析、判斷、預(yù)測(cè)，解決現(xiàn)今空壓機(jī)產(chǎn)氣後往往有50%流量虛耗，而無(wú)法被充份利用的問(wèn)題；進(jìn)而促使空壓機(jī)僅須產(chǎn)出最佳氣量，屬於主動(dòng)式節(jié)能手段。

除了有利於工廠自動(dòng)化之外，進(jìn)而加入業(yè)務(wù)、交貨、研發(fā)平臺(tái)；甚至有利於邊緣運(yùn)算（Edge champing）分散處理運(yùn)算、儲(chǔ)存資訊，只有非必要資訊才上傳雲(yún)端，同時(shí)減輕初期昂貴的建置成本，也避免雲(yún)端運(yùn)算過(guò)於緩慢或有資安疑慮。

Festo串連IO-Link從站　落實(shí)工業(yè)4.0

德商氣動(dòng)元件大廠飛斯妥公司（Festo），也將旗下3萬(wàn)多種產(chǎn)品主要分為3大系列：P系列，電磁閥、氣動(dòng)缸等氣動(dòng)元件；E類(lèi)，螺桿、皮帶、伺服/步進(jìn)馬達(dá)及PLC等電氣分散控制系統(tǒng)；PA，製程自動(dòng)化、廠務(wù)所需閥門(mén)。

即使身為德國(guó)工業(yè)4.0核心小組成員，F(xiàn)esto卻也感嘆過(guò)去市場(chǎng)上有超過(guò)80%以上的工業(yè)自動(dòng)化客戶(hù)仍使用傳統(tǒng)I/O控制，導(dǎo)致系統(tǒng)配線相當(dāng)龐雜，但到了追求工業(yè)4.0世代的設(shè)備或零組（元）件數(shù)量大量增加，對(duì)於現(xiàn)場(chǎng)布線、維護(hù)和更換備品等都是嚴(yán)酷挑戰(zhàn)，也影響設(shè)備後期的營(yíng)運(yùn)成本甚大。

除了早在80年代便應(yīng)客戶(hù)要求，率先推出氣電一體化的「閥島」（Valve Terminal）控制架構(gòu)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線（Field bus）連結(jié)，陸續(xù)衍生出可編程、模組式、網(wǎng)路化等各式閥島設(shè)計(jì)推陳出新，藉此將氣動(dòng)系統(tǒng)中的多個(gè)單閥，通過(guò)單一通訊模組、氣動(dòng)模組，和多種不同介面連結(jié)。

當(dāng)這些閥門(mén)通過(guò)中央氣/電力供應(yīng)裝置，連接可編程邏輯控制器（PLC）之後，即可透過(guò)閥島廣為應(yīng)用於控制線性傳動(dòng)系統(tǒng)上特定數(shù)量的閥門(mén)與處理資訊。例如將單閥上的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣動(dòng)信號(hào)，再經(jīng)由氣壓?jiǎn)?dòng)流程閥來(lái)控制和調(diào)節(jié)流體。

使用者也能在離線時(shí)針對(duì)多部機(jī)器模組，進(jìn)行PLC編程設(shè)計(jì)和測(cè)試，以便於廠內(nèi)或機(jī)臺(tái)設(shè)備上容易布線，即時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)採(cǎi)集輸入信號(hào)及控制其他輸出信號(hào)，而不必因?yàn)闄C(jī)器上大量增加的每個(gè)電磁閥，都需要單獨(dú)連線。

並將具備診斷功能的閥門(mén)電路和壓力感測(cè)器整合於單一設(shè)備，與上游控制系統(tǒng)連接。業(yè)者將依目標(biāo)應(yīng)用需求，選擇合適的功能加以整合，降低成本；閥島也能因?yàn)橹苯优c分散式外圍系統(tǒng)連接，得以更深入整合到上游控制和管理系統(tǒng)層級(jí)。

圖2 : Festo同時(shí)導(dǎo)入底層的氣動(dòng)缸、感測(cè)器實(shí)現(xiàn)數(shù)位化，支持IO-Link從站設(shè)備，使得客戶(hù)在IO-Link網(wǎng)路下的自動(dòng)化產(chǎn)品布局更為靈活。（攝影:陳念舜）

設(shè)備製造廠商得以根據(jù)特定加工客戶(hù)的需求，選用對(duì)應(yīng)的基本模組構(gòu)成整機(jī)，大幅縮短設(shè)備製造週期，且實(shí)現(xiàn)了單一模組多次使用；在單機(jī)設(shè)備裡整合了許多閥件的通訊和自動(dòng)化功能，讓軟體安裝和編程更加容易。閥門(mén)因此可不必單獨(dú)設(shè)置參數(shù)，而是可以透過(guò)網(wǎng)路完成。讓使用閥島比起單閥自動(dòng)化，更能降低安裝費(fèi)用和設(shè)備投資成本。

到了工業(yè) 4.0 的大框架下，為了優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行，氣動(dòng)系統(tǒng)還應(yīng)具備更全面的診斷功能，例如斷線、短路監(jiān)控或開(kāi)關(guān)操作循環(huán)計(jì)數(shù)等。這樣才能在最佳時(shí)間內(nèi)安排維護(hù)閥門(mén)，並且在出現(xiàn)故障的情況下快速識(shí)別並排除故障，又不致影響生產(chǎn)效率。

Festo引進(jìn)VETEM軟體　率先實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)數(shù)位化

飛斯妥公司經(jīng)理張有安指出，F(xiàn)esto目前與未來(lái)提供的核心產(chǎn)品、新產(chǎn)品、解決方案，也都涵蓋了氣動(dòng)、電動(dòng)、物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)位化技術(shù)，並且大部分都採(cǎi)用模組化設(shè)計(jì)理念，產(chǎn)品外觀小巧節(jié)約安裝空間，可靈活接入無(wú)線通訊網(wǎng)路，使用者介面友好使用便捷，滿(mǎn)足各行業(yè)自動(dòng)化工藝的專(zhuān)業(yè)需求。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，方便在閥島上串連整合多種電氣、氣動(dòng)和機(jī)械功能，使之成為結(jié)合了多項(xiàng)診斷功能的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，滿(mǎn)足業(yè)界無(wú)論在緊湊型機(jī)器或帶有多種閥門(mén)的大型系統(tǒng)中，對(duì)於整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化和操作安全的高度要求。

當(dāng)設(shè)備故障時(shí)可以快速找出故障的模組，縮短停機(jī)維修時(shí)間到最短，充份發(fā)揮氣電一體化的優(yōu)勢(shì)，大幅簡(jiǎn)化了包括線性傳動(dòng)系統(tǒng)在內(nèi)的複雜系統(tǒng)安裝、調(diào)校、性能檢測(cè)，以及監(jiān)控、診斷、維護(hù)工作，讓整條價(jià)值鏈都可以從中受益。Festo也藉此涉足了許多創(chuàng)新應(yīng)用領(lǐng)域，包括汽車(chē)、電子和輕組裝、平面顯示器、食品和包裝行業(yè)、工具機(jī)，生物技術(shù)、生物製藥、生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化、化工行業(yè)和水處理行業(yè)，針對(duì)節(jié)能減碳、設(shè)備安全等議題，提供實(shí)質(zhì)的協(xié)助與服務(wù)。

如今Festo不僅透過(guò)IO-Link、現(xiàn)場(chǎng)匯流排和工業(yè)乙太網(wǎng)路，簡(jiǎn)化了上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)主站設(shè)備之間的通訊，同時(shí)導(dǎo)入底層的氣動(dòng)缸、感測(cè)器實(shí)現(xiàn)數(shù)位化，支持IO-Link從站設(shè)備，包括：比例閥、閥島、電動(dòng)夾爪等簡(jiǎn)易型電力驅(qū)動(dòng)方案，使得客戶(hù)在IO-Link網(wǎng)路下的自動(dòng)化產(chǎn)品布局更為靈活。

並在此基礎(chǔ)上蒐集使用者經(jīng)驗(yàn)，再度於五年前（2017）率先發(fā)表「數(shù)位化控制終端技術(shù)（VTEM）」，強(qiáng)調(diào)是全球首款由App控制的閥體，也是名副其實(shí)的「數(shù)位化氣動(dòng)元件」，相當(dāng)於50多個(gè)氣/電動(dòng)元件的整合與融合，毋須更換硬體，只要一鍵切換軟體，改變硬體參數(shù)，就能同時(shí)滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)於標(biāo)準(zhǔn)化與高度個(gè)性產(chǎn)品需求，實(shí)現(xiàn)一步到位的氣動(dòng)數(shù)位化。

圖3 : Festo於2017年再度率先發(fā)表「數(shù)位化控制終端技術(shù)（VTEM）」，強(qiáng)調(diào)是全球首款由App控制的閥體，也是名副其實(shí)的「數(shù)位化氣動(dòng)元件」。（source：Festo）

相對(duì)於傳統(tǒng)電磁閥與比例閥結(jié)合的氣動(dòng)控制方案，VTEM產(chǎn)品方案具備以下功能：

一、柔性氣動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制，使氣缸運(yùn)行中的方向、氣流、氣壓、功能狀態(tài)等，都可通過(guò)控制系統(tǒng)軟體與APP參數(shù)靈活改變，無(wú)需更換硬體，即可滿(mǎn)足工業(yè)4.0智慧製造大批量個(gè)性化的自動(dòng)化控制需求。

二、低TCO總體持有成本，最大程度降低了傳統(tǒng)氣動(dòng)技術(shù)最讓人垢病的硬體複雜度、安裝成本與能源消耗，通過(guò)簡(jiǎn)化整個(gè)價(jià)值鏈，幫助用戶(hù)真正提高利潤(rùn)率與能源效率，並保護(hù)智慧財(cái)產(chǎn)權(quán)。

三、更智能的氣動(dòng)數(shù)位化方案，經(jīng)過(guò)整合的智慧感測(cè)器完成自我診斷、自我學(xué)習(xí)、自我調(diào)整，並透過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為雲(yún)端提供精準(zhǔn)的氣動(dòng)元件狀態(tài)資訊，?明使用者真正實(shí)現(xiàn)智慧化及數(shù)位化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

張有安指出，目前VTEM提供單一硬體可實(shí)現(xiàn)12種功能，其中「預(yù)設(shè)行程時(shí)間」App係考量客戶(hù)一開(kāi)始購(gòu)入設(shè)備時(shí)的產(chǎn)能，將會(huì)隨著氣缸磨耗遞減，過(guò)去使用者會(huì)將壓力調(diào)高來(lái)提升。現(xiàn)在App則可依每支氣動(dòng)缸的進(jìn)/退設(shè)定時(shí)間補(bǔ)償修正，以免落後或暴衝；同時(shí)取代傳統(tǒng)大量控制用節(jié)流閥，省下大量設(shè)備占用空間與成本，且產(chǎn)能不變，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、採(cǎi)購(gòu)階段，到現(xiàn)場(chǎng)組裝、維護(hù)、產(chǎn)線更新與變化，都可為帶來(lái)不同好處。

進(jìn)而依序結(jié)合節(jié)能概念，從節(jié)能壓電技術(shù)到控制終端應(yīng)用，透過(guò)「可選壓力等級(jí)」、「ECO驅(qū)動(dòng)」，控制四合一閥橋結(jié)構(gòu)及閥片開(kāi)關(guān)總桿，來(lái)改變氣動(dòng)缸源頭進(jìn)/退壓力，從而實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)動(dòng)，在本質(zhì)上達(dá)到節(jié)能70%效益；搭配用於診斷狀態(tài)的「洩漏診斷」，讓產(chǎn)能使用效益最佳，同時(shí)省下比例閥、流量計(jì)等成本及占用空間。

具體應(yīng)用於移載搬運(yùn)系統(tǒng)，可協(xié)助提高取放動(dòng)作的靈活性，讓氣動(dòng)缸變化多點(diǎn)不同定位，適用於多種容器尺寸，還能發(fā)揮最佳動(dòng)作效益；比例壓力調(diào)節(jié)，根據(jù)重量調(diào)節(jié)不同施力的真空度，可靠檢測(cè)真空形成、受控噴射脈衝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源耗用率優(yōu)化。

預(yù)設(shè)行程時(shí)間，依不同產(chǎn)品設(shè)定，自動(dòng)校正磨損造成的偏差，以免影響產(chǎn)能；緩?fù)Ｖ?，透過(guò)氣壓迴路、App達(dá)到緩衝效果，取代液壓緩衝器也幾乎無(wú)振動(dòng)，減少了磨損和受到撞擊的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，循環(huán)時(shí)間更短且過(guò)程可靠；還有洩漏診斷來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，節(jié)省能源和成本。不必讓氣動(dòng)缸每次都須要達(dá)到全行程，取代大量電磁閥、迴路，達(dá)到與電動(dòng)元件同樣效果。

人工智慧AIR有望　擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用及雲(yún)端服務(wù)

圖4 : 現(xiàn)今VTEM還能連結(jié)雲(yún)端服務(wù)蒐集資料，且將工業(yè)邊緣人工智慧與機(jī)器學(xué)習(xí)專(zhuān)案結(jié)合為AX系統(tǒng)賦能智造實(shí)際場(chǎng)景。（source：festo.com）

此外，由於機(jī)器人在工業(yè)4.0時(shí)代的彈性生產(chǎn)單元，希望能實(shí)現(xiàn)多功化目標(biāo)，又不再受限於每種不同夾爪、夾治具，就等於增加一件硬體，讓臂端工具設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在只要利用VTEM「比例壓力調(diào)節(jié)」App整合無(wú)限壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)直到真空，都只需要各一個(gè)壓力源和現(xiàn)場(chǎng)匯流排通信模組，最多可支援16個(gè)獨(dú)立通道，持續(xù)顯示壓力資訊，保證品質(zhì)；「可選壓力等級(jí)」，自定義須節(jié)能時(shí)控制抓取力增大、放鬆時(shí)減?。还?jié)省空間，方便安裝和排除故障；洩漏診斷，用於預(yù)測(cè)性維護(hù)和節(jié)省能源成本。

值得一提的是，現(xiàn)今VTEM還能連結(jié)雲(yún)端服務(wù)蒐集資料，提供線上工具選型、下單；且將工業(yè)邊緣人工智慧（AI）與機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）專(zhuān)案結(jié)合為AX系統(tǒng)賦能智造實(shí)際場(chǎng)景?？梢暈樯a(chǎn)系統(tǒng)裡的氣動(dòng)缸、螺桿軸外掛模組，用於監(jiān)控設(shè)備狀況與優(yōu)化生產(chǎn)流程，再經(jīng)過(guò)通訊讀取資料，得知其運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，加以分析和判斷使用壽命；進(jìn)而模擬氣動(dòng)缸或一般難以查覺(jué)的電動(dòng)缸負(fù)載，以及洩漏後運(yùn)轉(zhuǎn)異常示警，可對(duì)於每個(gè)氣動(dòng)缸、電動(dòng)馬達(dá)及軸承預(yù)先健診、記錄，待正常後重新計(jì)算壽命，省下外購(gòu)流量計(jì)的元件及成本，提升設(shè)備使用效率。

Festo強(qiáng)調(diào)其數(shù)位控制終端在於運(yùn)動(dòng)、壓力和流量的氣動(dòng)調(diào)節(jié)能力獨(dú)樹(shù)一幟，由App控制的氣動(dòng)裝置，以及多種調(diào)節(jié)角度的閥結(jié)構(gòu)一體化取得數(shù)據(jù)和資料處理，使得該公司的氣動(dòng)產(chǎn)品更加適用於於未來(lái)工業(yè)4.0需求，這種數(shù)位化優(yōu)勢(shì)正體現(xiàn)於價(jià)值鏈的各階段，對(duì)於原始設(shè)備製造廠商或最終使用者都是如此。

**刊頭圖（source：knowhow.distrelec.com）